一种制备缩二脲多异氰酸酯的方法_2

文档序号:9857564阅读:来源:国知局
I和催化剂II的质量比50:1-1:1,优选20:1-5:1。
[0022]本发明方法中,所述催化剂I和催化剂II可以分别独立地加入到异氰酸酯中或者混合后一起加入到异氰酸酯中,优选将催化剂I和催化剂II预先混合后加入到异氰酸酯中。
[0023]本发明方法中,所述催化剂可以以合适溶剂溶解或分散后加入到异氰酸酯中,也可以将催化剂直接加入异氰酸酯中,优选将催化剂直接加入异氰酸酯中。
[0024]本发明方法中,通过使用复配型催化剂,我们惊奇的发现,催化剂I和催化剂II在催化异氰酸酯和水反应过程中起着明显的协同效应,催化剂II的碱性基团能够结合催化剂I中离解的氢离子,失去氢离子的磷酸烷基酯/磷酸芳基酯/羧酸能够更快的与异氰酸酯络合生成中间产物,进一步与水反应生成缩二脲多异氰酸酯,反应效率高,反应温度较低,在同样的转化率下产品粘度较低,色度较低。本发明方法中,使用鼓泡塔作为异氰酸酯与水蒸气进行反应的反应器,研究表明,反应液的循环提高了反应的反混,通过适当的循环比实现了平推流和全混流反应的耦合,一是可以提高塔中异氰酸酯的平均停留时间,二是可以改变反应液的平均停留时间分布,进而调整产品的分子量分布。
[0025]本发明方法中,步骤I中鼓泡塔塔顶得到的反应液部分循环至鼓泡塔塔底,通过控制循环至鼓泡塔塔底的反应液与进入鼓泡塔反应器的原料异氰酸酯与催化剂的质量比,从而实现调节反应液平均停留时间分布,使得产品的粘度明显降低。经过试验优化,步骤I中鼓泡塔塔顶得到的反应液循环至塔底的反应液与进入鼓泡塔反应器的原料异氰酸酯与催化剂混合物的质量比为1: 1-1:5,优选5:1 -1:2。
[0026]本发明方法中,所述原料异氰酸酯和催化剂经过鼓泡塔内置换热器,进行反应移热和反应物料预热。
[0027]本发明方法中,所述异氰酸酯与水蒸气的反应属于放热反应,水蒸气从鼓泡塔底部进入,因而塔中下部反应放热高于上部放热,为了保持塔内温度的平衡,原料异氰酸酯进入鼓泡塔内置换热器的方式是下部进料,上部出料。
[0028]本发明方法中,根据反应放热的特性,鼓泡塔内所述内置换热器下部换热面积大于上部换热面积,呈梯度变化。内置换热器下部1/3(以换热器的高度计算,下同)换热面积大于中部1/3的换热面积,中部1/3的换热面积大于上部1/3的热面积。通过反应放热功率和换热面积的精确计算和试验研究表明,本发明中,鼓泡塔内所述内置换热器上部1/3的换热面积与中部1/3的换热面积的比例为1: 1.5-1:3,中部1/3的换热面积与下部1/3的换热面积的比例为1:2-1:5是比较合适的。
[0029]本发明方法中,根据反应放热量的规律,内置换热器的高度占整个鼓泡塔反应器高度的50-100%,优选70-90% ;内置换热器下部距离鼓泡塔反应器的距离底部为基于整个鼓泡塔反应器的高度的10-15%。我们惊奇的发现,内置换热器使得反应放热与原料预热吸热实现了热平衡,不需要再额外增加换热器实现反应系统稳定控制。
[0030]本发明方法中,水蒸气的进料温度为100-165°C,优选105-145°C。
[0031]本发明方法中,鼓泡塔中反应液的温度控制在100_130°C之间,优选控制在105-120°C之间。
[0032]本发明方法中,通过控制水蒸气的进料温度、循环反应液的循环量,反应液在鼓泡塔反应器中的平均停留时间为20-100min,优选30-60min。
[0033]本发明方法中,步骤b)中塔顶得到的反应液,除循环至鼓泡塔塔底外,剩余的反应液经过一级蒸发器和二级蒸发器;所述一级蒸发器和二级蒸发器分别独立地选自薄膜蒸发器和短程蒸发器,经过一级蒸发器和二级蒸发器的塔顶反应液分离出过量的异氰酸酯单体后,得到缩二脲多异氰酸酯产品。
[0034]本发明方法中,进入一级蒸发器和二级蒸发器的塔顶反应液在进入一级蒸发器前可任选地通过换热器或者不通过换热器直接进料。
[0035]在本发明方法中,所述水蒸气可以直接与异氰酸酯与催化剂的混合溶液直接进行反应;还可以选择将所述水蒸气使用惰性气体进行稀释后再进行反应。优选地,所述水蒸气不经惰性气体稀释,直接反应。
[0036]当选择采用惰性气体稀释水蒸气时,所述惰性气体与水蒸气的摩尔比为1:10-1:0.1,特别优选1:5-5:1。所述惰性气体应当在反应条件下与异氰酸酯及催化剂均不发生反应。所述惰性气体包括但不限于二氧化碳、一氧化碳、氮气、氦气、氩气、烃类如甲烷等及其混合物,优选使用二氧化碳和/或氮气,特别优选使用氮气。
[0037]本发明所述“0H-酸性化合物”是指能解离出H+的含-OH的化合物。
[0038]本发明所述“平均停留时间”是指反应物料从进入反应器到离开反应器的平均时间。
[0039]本发明所述“缩二脲多异氰酸酯”与“具有缩二脲结构的多异氰酸酯”含义相同。
[0040]与现有技术相比,本发明的积极效果在于:
[0041]1.使用复配型催化剂,异氰酸酯与水蒸气的反应温度明显降低,在相同的转化率条件下,产品粘度和产品色度明显降低。
[0042]2.本发明的反应过程采用鼓泡塔反应器作为反应设备,通过物料循环来调节反应液停留时间分布,耦合了平推流反应和全混流反应的工艺过程,在相同的异氰酸酯转化率下产品粘度明显降低;
[0043]3.本发明采用原料预热来移走反应热,避免了原料预热和反应移热造成的能量消耗,能耗大大降低;另外采用原料来移热,避免了循环水泄露造成的风险,装置操作安全性大大提尚O
【附图说明】
[0044]图1为缩二脲多异氰酸酯生产工艺流程示意图。
[0045]图2为鼓泡塔反应器内置换热器示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合实施例对本发明作进一步的说明。需要说明的是,以下实施例并不构成对本发明保护范围的限制。
[0047]产品粘度指动态粘度采用旋转粘度计(BROOKFIELDDV-1+粘度计)在25°C下测量。
[0048]产品色度采用色度仪(BYK LCS IV色度仪)测试的色度值,单位为Hazen。
[0049]如图1所示原料异氰酸酯和催化剂混合原料I通过内置换热器6进行预热,然后经过鼓泡塔反应器的内置换热器6得到预热后异氰酸酯原料2;
[0050]预热后的异氰酸酯原料2进入鼓泡塔反应器4底部,与同时进入鼓泡塔反应器4底部的水蒸气或水蒸气与惰性气体混合物3以及从鼓泡塔反应器4循环至塔底的循环反应液5混合,并开始反应,反应热由内置换热器6移出;
[0051]鼓泡塔塔顶的反应尾气7主要是加入系统的惰性气体和反应生成的二氧化碳以及少量夹带的异氰酸酯,反应尾气7经过尾气冷凝器8进行冷凝,异氰酸酯回到鼓泡塔反应器4中,不凝气二氧化碳和可能加入的惰性气体进入废气系统9 ;
[0052]除循环至鼓泡塔塔底外,剩余的反应液经过蒸发器反应液10经过一级进料换热器11换热后反应液12进入一级蒸发器18,一级蒸发器18的一级气相13经过一级气相冷凝器14冷却后得到一级轻组分16进入一级轻组分罐17中
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